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L’intelligence artificielle pour faire face aux tsunamis

En 2011, deux minutes après le séisme sous-marin massif de Fukushima, les Japonais vivant dans les zones côtières ont reçu un SMS sur leur téléphone les avertissant que le séisme de magnitude 8,1 serait suivi d’un tsunami.

Près d’une heure après le tremblement de terre, les vagues sont bel et bien arrivées. Sauf que la magnitude du tremblement de terre japonais avait été estimée à 8,1, alors qu’en réalité elle était de 9. Cela a eu des conséquences très graves car la population s’était préparée à une vague de 3 mètres de haut, et non à ce qui a effectivement déferlé sur la côte, à savoir une vague de 15 mètres de haut.

Capter les vibrations du sol ne suffit pas

Une estimation correcte de la magnitude d’un grand tremblement de terre fournirait un avertissement fiable pour les tsunamis. Hélas, les systèmes d’alerte utilisés aujourd’hui en sont incapables. Mais une équipe internationale (IRD-CNRS-Université Côte d’Azur-Observatoire de la Côte d’Azur-Los Alamos National Laboratory-Kyoto University), dont les travaux ont été publiés dans la prestigieuse revue « Nature » le 11 mai, propose une marque nouveau système d’alerte pour estimer instantanément la magnitude des séismes majeurs.

Aujourd’hui, lorsqu’un séisme se produit, les détecteurs captent les toutes premières ondes sismiques, c’est-à-dire les vibrations du sol. Mais très peu de temps s’écoule entre ces signaux et le séisme, ce qui ne permet d’avertir les populations que quelques secondes avant les secousses.

Les ondes de tsunami, en revanche, se propagent beaucoup plus lentement, de sorte qu’il y a un délai de trente minutes à deux heures entre le tremblement de terre et le tsunami, ce qui laisse le temps aux gens de fuir. « Le problème, c’est que si la magnitude du séisme est supérieure à 7,8, le système sature et on ne peut pas avoir de meilleure estimation », explique le chercheur Quentin Bletery, qui a participé à l’étude (lire encadré ci-dessous).

Or, ce sont les séismes les plus importants qui sont à l’origine d’un tsunami généralement bien plus meurtrier que le séisme lui-même. C’est ce qui s’est produit le 26 décembre 2004 lorsqu’un énorme tremblement de terre à Sumatra d’une magnitude de 9,3 a déclenché un tsunami dévastateur qui a touché douze pays et tué plus de 230 000 personnes, en Indonésie et au Sri Lanka principalement.

A la vitesse de la lumière

Les géophysiciens qui ont participé à l’étude ont proposé d’utiliser des signaux gravitationnels, les Prompt Elasto-Gravity Signals (Pegs), qui ont l’avantage de se propager très rapidement, à la vitesse de la lumière.

Mais un problème majeur restait à surmonter : la très faible amplitude des Pegs ne permet pas leur utilisation dans des systèmes d’alerte. Les chercheurs ont réussi à contourner cette difficulté grâce à un algorithme d’intelligence artificielle qui transforme ces signaux gravitationnels en une estimation totalement fiable de la magnitude.

Et les tsunamis dans tout ça ? Et bien le tour de passe-passe est là : non seulement le signal gravitationnel est instantané mais, compte tenu de sa faiblesse, il est capté lors des séismes les plus puissants, de magnitude supérieure à 8,3, ceux-là mêmes que les sismomètres sont incapables d’évaluer.

Les résultats sont très prometteurs : les piquets pourraient vraiment améliorer les systèmes d’alerte aux tsunamis. De quoi avoir – enfin – une efficacité sur l’évacuation des populations, la protection des aéroports mais aussi des centrales nucléaires.

« C’est la perturbation de la gravité que nous mesurons »

Le point de vue de Quentin Bletery, géophysicien à l’Institut de recherche pour le développement (IRD)

D’où vient l’idée d’utiliser un signal gravitationnel en sismologie ?

Lors d’un tremblement de terre, une énorme masse de roche se déplace soudainement, ce qui perturbe le champ de gravité terrestre.

Cette perturbation gravitationnelle se propage, comme une onde gravitationnelle, à la vitesse de la lumière, c’est-à-dire 50 000 fois plus vite que les ondes sismiques. Mais le signal est si faible qu’il a fallu attendre 2017 pour qu’il soit identifié sur les sismomètres, les appareils qui enregistrent les ondes sismiques. Évidemment, la découverte de ce signal a immédiatement présenté un intérêt potentiel pour l’alerte. Mais exploiter un signal aussi faible pour estimer de manière quasi instantanée et fiable la magnitude et la localisation du tremblement de terre restait un grand défi. Le signal étant faible, l’algorithme ne fonctionne, pour l’instant, que sur les plus gros séismes, de magnitude supérieure à 8,2, mais ce sont justement ceux dont on veut connaître la magnitude pour en déduire la taille du tsunami. .

Comment as-tu testé ton algorithme ?

Après l’avoir validé avec des centaines de milliers de signaux gravitationnels virtuels, nous avons testé notre algorithme avec des données réelles d’anciens tremblements de terre. L’algorithme nous a donné des estimations presque exactes des grandeurs qui avaient effectivement été mesurées. Il est actuellement mis en œuvre au Pérou, où le déploiement d’un réseau d’instruments conventionnels de surveillance des tremblements de terre est en cours. Immense et densément peuplée, située en bord de mer, la capitale, Lima, est très exposée au risque de tsunami car une très grosse faille marine se trouve juste en face. Cela fait trois cents ans qu’il n’y a pas eu de tremblement de terre et nous en attendons un sans savoir s’il se produira demain, dans dix, cent ou cinq cents ans.

Quelles autres zones sont particulièrement sujettes aux tsunamis ?

Le pourtour de l’océan Pacifique est exposé à un risque élevé de tsunami car cet océan est situé sur une grande plaque très ancienne qui s’enfonce sous les autres plaques le long d’immenses failles. L’océan Indien et les Caraïbes sont également concernés.

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